"Новости Электротехники"Энергосбережение для повышения экономической эффективности предприятия

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №6(12) 2001

Энергосбережение для повышения экономической эффективности предприятия

Владимир Бабич, к.т.н., ЗАО НТЦ «Поликит», г. Москва

ри энергетическом обследовании электрооборудования обычно ставятся задачи определения: а) надежности и б) экономичности его работы. Однако, принимая во внимание, что отклонения от норм эксплуатационных параметров чреваты большими затратами на внеплановые ремонты, надежность работы оборудования также следует считать экономическим фактором и оценивать экономическими критериями. Таким образом, в данном контексте обследование рассматривается в качестве метода повышения экономической эффективности работы электрооборудования.

Оптимальная загрузка трансформаторного парка При наличии некоторого запаса по установленной мощности трансформаторов по сравнению с мощностью потребителей оптимизация количества включенных трансформаторов может стать сложной задачей. Поскольку потери в трансформаторах складываются главным образом из потерь в магнитной системе (постоянная величина) и потерь в обмотках (пропорциональны квадрату тока), суммарные потери сложным образом зависят от подключенной нагрузки. В литературе даны методы определения оптимального количества параллельно включенных трансформаторов для заданной нагрузки. В следующем примере показан нетривиальный результат оптимизации набора подключенных трансформаторов по методике: Копылов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности: Справочник. – М.: Энергия, 1978 1.

Установлено 3 трансформатора по 630 кВА	Установлены трансформаторы 400 и 630 кВА
нагрузка, кВА	нагрузка, кВА
оптимальный набор	оптимальный набор
P<380	P<260
1х630 кВА	400 кВА
380	260
2х630 кВА	630 кВА
P>1180	P>450
3х630 кВА	400+630 кВА

Данный результат справедлив при определенных характеристиках трансформаторов, стабильном напряжении и постоянной нагрузке. В реальности трансформаторы по параметрам отличаются как от паспортных данных, так и друг от друга, напряжение в сети колеблется, а нагрузка носит переменный характер, имеет реактивную составляющую, гармонические искажения и вдобавок несимметрична по фазам. Все эти факторы существенно затрудняют расчетную оптимизацию.

При наличии электроанализатора и некоторого количества времени оптимизацию можно провести опытным путем. Обычно коммерческий учет на предприятии ведется по высокой стороне. В этом случае электроанализатор подключается по низкой стороне и с его помощью проводится запись суточного графика мощности и суммарного потребления активной энергии (назовем ее полезной энергией, Еп). За те же сутки определяется количество потребленной энергии по коммерческим счетчикам Ек. Отношение двух величин определит коэффициент «полезности» Кп = Еп / Ек. Такие измерения проводятся при всех возможных комбинациях подключенных трансформаторов. Наибольшая величина Кп покажет оптимальную загрузку трансформаторов. Для большей верности результата лучше провести несколько измерений в одинаковых условиях и набрать статистику. Сравнение Кп допускается только при одинаковых характерах суточных графиков нагрузки. Если имеется несколько различных характерных графиков, то оптимизация проводится для каждого из них. Следует понимать, что Кп может отличаться от истинного КПД трансформатора из-за систематических погрешностей электроанализатора и системы учета. На практике можно даже получить значение больше 1. Однако конечный результат оптимизации все равно остается правильным, так как систематические погрешности в каждом измерении примерно одинаковы.

Оптимизация загрузки позволяет экономить несколько киловатт на каждом трансформаторе.

Выбор схемы компенсации реактивной мощности
Легко оценить экономический эффект от компенсации реактивной мощности, когда потребитель платит за нее по установленному тарифу. Однако даже в случае отсутствия прямой платы за реактивную энергию компенсация может быть весьма полезной мерой по следующим причинам:

снижение потерь активной энергии в сетях и трансформаторах;
уменьшение требуемой мощности трансформаторов и сечения кабелей;
улучшение качества электроэнергии за счет фильтрации гармоник и импульсных помех.

Обследование с помощью электроанализатора позволяет сделать правильный выбор схемы компенсации реактивной мощности. Первоначально электроанализатор устанавливается на трансформаторной подстанции для записи графика суммарной реактивной мощности. Допускается подключение электроанализатора к точкам коммерческого учета по высокому или низкому напряжению.

Пример
На рисунке показан типичный график реактивной мощности в цехе, работающем в одну смену. Характер графика говорит о наличии постоянно действующей реактивной нагрузки около 200 квар и переменных нагрузок, достигающих 700 квар в пиковые периоды. Оптимальным решением для такого случая будет установка нерегулируемого компенсатора мощностью 180-200 квар на высокой стороне и одного или нескольких автоматических регулируемых компенсаторов на низкой стороне. Для определения оптимальных мощностей и мест установки автоматических компенсаторов потребуются дополнительные замеры реактивной мощности в различных точках сети.

Правильная композиция компенсаторов реактивной мощности снижает их стоимость на 20-50%

Контроль качества электроэнергии
Качество электроэнергии решающим образом влияет на эксплуатационные расходы современного оборудования, критичного к параметрам электропитания. Обследование системы электроснабжения с помощью электроанализатора позволяет обнаружить и классифицировать события нарушения качества, а также выбрать наиболее подходящий способ борьбы с этими нарушениями, как указано в таблице 1. Для успешного определения нарушений качества электроэнергии электроанализатор должен обладать дополнительными возможностями:

независимое одновременное измерение фазных и междуфазных напряжений;
измерение гармонических составляющих напряжения и тока;
регистрация кратковременных импульсов (менее 1 мс);
вычисление дозы фликера.

Не экономьте на обследовании качества электроэнергии - основное оборудование значительно дороже

Контроль и фильтрация гармоник
На таком нарушении качества электроэнергии, как гармонические искажения, следует остановиться подробнее. Если гармоники напряжения являются причиной сбоев чувствительного оборудования, ни у кого не возникает сомнений, что с ними нужно бороться. Однако если видимых последствий гармоник нет, то они могут оставаться незамеченными неограниченное время. Тем не менее гармоники далеко не так безобидны, как многие считают, причем внимательно следует относиться к искажениям и напряжения, и тока.
Принято оценивать отношение полезной энергии к суммарной передаваемой по сетям энергии параметром Cosj. Это справедливо только для синусоидальных токов и напряжений. При наличии гармоник полная мощность складывается не только из активной и реактивной составляющих, но и из мощности высших гармоник. Поэтому вместо Cosj следует применять так называемый коэффициент (фактор) мощности (Power Factor, PF). Современные электроанализаторы способны измерять коэффициент мощности напрямую.
Гармоники вызывают следующие нежелательные явления:

дополнительные активные потери в проводниках, несущих гармонические составляющие тока;
дополнительные потери в ферромагнитных системах трансформаторов и двигателей;
перегрузки трансформаторов, вынуждающие завышать запас по установленной мощности;
перегрузки и выход из строя конденсаторов в установках компенсации реактивной мощности;
резонансные явления в трансформаторах;
большие токи нейтрали в 4-х проводных сетях.

Пример
По рекомендациям Европейского комитета по стандартизации CENELEC, коэффициент, определяющий необходимый запас мощности трансформатора рассчитывается по формуле:

где I₁ - основная гармоника тока, I_RMS - истинное среднеквадратичное значение тока, n - номер гармоники, e,q - коэффициенты, зависящие от составляющих потерь в меди и железе трансформатора (в первом приближении можно принять e = 0,3 ; q = 1,75). Измерения с помощью электроанализатора дают: К = 1,7 ; Cosj = 0,8. Номинальная мощность трансформатора 1000 кВА. Реальная активная нагрузка, которая может быть подключена к трансформатору: P=1000 x 0,8 / 1,7 = 470 кВт.
Этот пример подтверждает, что полезная мощность трансформатора существенно снижается в присутствии гармоник тока. Отметим, что приведенная методика требует знания спектра гармоник тока до 40 порядка. Необходимо учитывать это требование при выборе электроанализатора.

Хороший электроанализатор измеряет коэффициент мощности и до 40 гармоник тока и напряжения

Нарушения качества электроэнергии	Способы борьбы с ними
Прерывание подачи электроэнергии	Источник бесперебойного питания (ИБП), резервирование
Отклонение напряжения от номинала	Стабилизаторы электромеханические, регулировка трансформаторов
Колебания напряжения и фликер	Стабилизаторы электронные или электромеханические, ИБП
Короткие (коммутационные) импульсы	EMI-фильтры
Несимметрия напряжений	Балансировка трансформаторов
Гармонические искажения	Пассивные и активные фильтры, фильтрокомпенсирующие установки
Отклонение частоты	(наблюдается только в автономных электросетях)